(57)【要約】  本発明は、複数のセルからなるセルアセンブリ、及び前記セルアセンブリのエッジ部に接触して配置され、内部には冷却空気が流動可能な空気通路が形成されているダクトからなる冷却部材を含み、前記ダクトの内部はトラス構造であることを特徴とする空冷式バッテリーモジュールを開示する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルからなるセルアセンブリと、
前記セルアセンブリのエッジ部に接触して配置され、内部には冷却空気が移動可能な空気通路が形成されているダクトからなる冷却部材と、を含み、
前記ダクトの内部はトラス構造であることを特徴とする空冷式バッテリーモジュール。
【請求項２】
前記セルアセンブリのエッジ部と前記冷却部材との間に備えられた熱伝達物質部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の空冷式バッテリーモジュール。
【請求項３】
前記冷却部材のダクトの外部面が前記熱伝達物質部に直接的に接触するように配置されたことを特徴とする請求項２に記載の空冷式バッテリーモジュール。
【請求項４】
前記冷却部材のダクトの内部には凹凸パターンが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の空冷式バッテリーモジュール。
【請求項５】
前記凹凸パターンは、前記トラス構造に形成されたことを特徴とする請求項４に記載の空冷式バッテリーモジュール。
【請求項６】
前記冷却部材のダクトの内壁には乱流形成用突起が所定の間隔を置いて突設されたことを特徴とする請求項５に記載の空冷式バッテリーモジュール。
【請求項７】
前記乱流形成用突起は、前記冷却部材のダクトの内壁から垂直に突出した棒状構造であることを特徴とする請求項６に記載の空冷式バッテリーモジュール。
【請求項８】
前記冷却部材のダクトは、アルミニウム素材からなることを特徴とする請求項１に記載の空冷式バッテリーモジュール。
【請求項９】
前記冷却部材は、前記セルアセンブリの両側にそれぞれ備えられ、前記セルアセンブリの長さ方向に延長して配置されたことを特徴とする請求項１に記載の空冷式バッテリーモジュール。
【請求項１０】
前記冷却部材の一端から他端まで移動した空気を垂直上方に排出するように、出口に配置された排気ファンをさらに含む特徴とする請求項９に記載の空冷式バッテリーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空冷式バッテリーモジュールに関し、より詳しくは、空気を用いてセルを冷却できる構造を有するバッテリーモジュールに関する。
【０００２】
本出願は、２０１６年１１月２９日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−０１６０６３５号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００３】
一般に、バッテリーモジュールは多数のセルを直列及び／または並列連結で集合させた構造で形成される。このようなバッテリーモジュールは、通常、多数のセルが一方向に配列されて積層されたセルアセンブリ、及びセルアセンブリを囲むプレートを有するフレームを備える。
【０００４】
従来のバッテリーモジュールは、バッテリーセルの冷却のため、空冷式の冷却流路を別途設計する場合、冷却流路が占める空間を必要とするため構造を簡素化し難く、装着可能なセル容量に限界がある。すなわち、図１及び図２に示されたように、従来のバッテリーモジュールは、一般に、セルアセンブリ１が収容されたハウジング３一側の吸気部を通じて冷却空気を流入させ、セルの間のエアギャップ２を通じて空気を移動させた後、冷却フィンを経て他側の排気部から空気を排出するように構成される。
【０００５】
しかし、このような構成は、モジュールを軽量化し難いだけでなく、モジュール内の部品取付空間を多く必要とし、セルの厚さ方向の空間活用度が低くて容量低下をもたらし、低い熱伝導度のため冷却性能が低下する問題を有する。また、エアギャップと冷却フィンを必要とするため、コスト上昇の問題もある。
【０００６】
バッテリーモジュールの冷却技術に関し、韓国特許公開第２０１４−０１４０６７８号公報は、第１バッテリーモジュールグループと第２バッテリーモジュールグループとの間にガイド部材を設けて、第１バッテリーモジュールグループを通過する熱交換媒体の流路を変更させるバッテリーパックを開示している。該先行文献によると、バッテリーモジュールを通過した熱交換媒体は前記ガイド部材によって遮られてガイド部材の下部に向かうようになり、このとき、前記ガイド部材の内部を曲線状に形成することで熱交換媒体に乱流が発生することを防止することができる。
【０００７】
また、韓国特許公開第２０１６−００１６４９９号公報は、複数のカートリッジ、及び積層された複数のカートリッジの外部に冷却気体を供給する冷却ダクトを含み、冷却ダクトはカートリッジの外部表面に冷却気体が直接接触するように前記冷却気体を供給することを特徴とするバッテリーモジュールを開示している。
【０００８】
このような先行技術が提示されているものの、従来のバッテリーモジュールは冷却のために部品が付け加えられることから、モジュールの重量が増えて容積率が減少するなどの問題が相変らず残り、その対策が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】韓国特許公開第２０１４−０１４０６７８号公報
【特許文献２】韓国特許公開第２０１６−００１６４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、熱伝導度の高いセルエッジ部を冷却させて冷却性能を高め、セルの厚さ方向の空間活用度を向上できる空冷式冷却構造を有するバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、空冷式冷却構造の剛性を向上できるバッテリーモジュールを提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を達成するため、本発明は、複数のセルからなるセルアセンブリ、及び前記セルアセンブリのエッジ部に接触して配置され、内部には冷却空気が移動可能な空気通路が形成されているダクトからなる冷却部材を含み、前記ダクトの内部はトラス（ｔｒｕｓｓ）構造であることを特徴とする空冷式バッテリーモジュールを提供する。
【００１３】
望ましくは、前記セルアセンブリのエッジ部と前記冷却部材との間には熱伝達物質部が付け加えられ得る。
【００１４】
前記冷却部材は、ダクトの外部面が前記熱伝達物質部に直接的に接触するように配置され得る。
【００１５】
前記冷却部材のダクトの内部には、凹凸パターンが形成され得る。
【００１６】
前記凹凸パターンは、前記トラス構造に形成されることが望ましい。
【００１７】
前記冷却部材のダクトの内壁には乱流形成用突起が所定の間隔を置いて突設され得る。
【００１８】
前記乱流形成用突起は、前記冷却部材のダクトの内壁から垂直に突出した棒状構造であり得る。
【００１９】
前記冷却部材のダクトは、アルミニウム素材からなることが望ましい。
【００２０】
前記冷却部材は、前記セルアセンブリの両側にそれぞれ備えられ、前記セルアセンブリの長さ方向に延長して配置され得る。
【００２１】
前記冷却部材の一端から他端まで移動した空気を垂直上方に排出するように、出口には排気ファンが付け加えられ得る。
【発明の効果】
【００２２】
本発明による空冷式バッテリーモジュールは、以下のような効果を奏する。
第一、冷却部材のダクト内に備えられたトラス構造により、冷却性能を向上させると同時に機械的剛性を補強することができる。
【００２３】
第二、従来のバッテリーモジュールと異なって冷却フィンを省略できるため、セルの厚さ方向の空間活用度を高めることができる。
【００２４】
第三、ダクトの内部に形成された凹凸形状と突起形状によって冷却性能を改善することができる。
【００２５】
第四、冷却部材のダクトをアルミニウム素材で形成することで、部品公差を最小化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
【００２７】
【図１】従来技術によるバッテリーモジュールの構成を示した断面図である。
【図２】図１の空気流路を示した断面図である。
【図３】本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールの外観を示した斜視図である。
【図４】図３の一部断面図である。
【図５】図３の冷却部材のダクトの内部に備えられるトラス構造の変形例を示した部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図３は、本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールの外観を示した斜視図である。
【００２９】
図３を参照すれば、本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールは、複数のセルからなるセルアセンブリ１０、及びセルアセンブリ１０の両側エッジ部に配置されるダクトからなる冷却部材１３を含む。
【００３０】
セルアセンブリ１０を成すそれぞれのセル１１は、薄い板状ボディを有するものであって、望ましくはパウチセルの構造である。パウチセルは、正極、セパレータ及び負極が交互に積層され、少なくとも一側に電極タブが引き出されている構造を有する。前記正極及び負極は、集電体の少なくとも一面に電極活物質、バインダー樹脂、導電剤及びその他の添加剤などのスラリーを塗布することで製造される。前記電極活物質は、正極の場合、リチウム含有遷移金属酸化物のような通常の正極活物質が使用され、負極の場合には、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能なリチウム金属、炭素材及び金属化合物またはこれらの混合物のような通常の負極活物質が使用され得る。また、前記セパレータとしては、リチウム二次電池に使用される通常の多孔性高分子フィルムが採用され得る。
【００３１】
このような電極組立体とともにパウチケース内に収容される電解液としては、通常のリチウム二次電池用電解液が採用され得る。前記パウチケースはシート素材から形成され、電極組立体を収容するための収納部を備える。望ましくは、パウチケースはシート素材を所定形状に加工して形成され、第１ケースと第２ケースとが結合されて形成される。パウチケースを成すシート素材は、ポリエチレンテレフタレートやナイロンなどの絶縁物質からなる最外郭の外部樹脂層、機械的強度を維持して水分及び酸素の浸透を防止するアルミニウム素材の金属層、及び熱接着性を有してシーリング材の役割をするポリオレフィン系材料からなる内部樹脂層が積層された多層構造で構成されている。
【００３２】
前記パウチケースを成すシート素材は、必要に応じて、前記内部樹脂層と金属層との間、前記外部樹脂層と金属層との間に所定の接着樹脂層を介在し得る。前記接着樹脂層は、異種材料間の円滑な付着のためのものであって、断層または多層で形成され、その材料としては、通常ポリオレフィン系樹脂を使用するか、または、円滑な加工のためにポリウレタン樹脂を使用し、これらの混合物も採用可能である。
【００３３】
セルアセンブリ１０において、複数のセル１１は一方向に配列されて実質的に積層構造を成す。
【００３４】
冷却部材１３は、セルアセンブリ１０を空冷するためのものであって、冷却空気が移動可能な空気通路が形成されているアルミニウム素材のダクトからなる。冷却部材１３のダクトの外部面のうちセルアセンブリ１０近方の面はセルアセンブリ１０のエッジ部に接触するように配置される。このとき、セルアセンブリ１０のエッジ部と冷却部材１３との間には熱伝導度の高い熱伝達物質（ＴＩＭ）からなる熱伝達物質部１２が介在されることが望ましい。この場合、冷却部材１３のダクトの外部面は熱伝達物質部１２に直接接触するように配置される。
【００３５】
冷却部材１３を成すダクトの内部は、骨組みが実質的に三角形を成すように配置されて形成されたトラス（ｔｒｕｓｓ）構造で構成され、冷却性能の改善と同時に、外部衝撃などからセルアセンブリ１０を保護可能な十分な機械的剛性を確保することができる。
【００３６】
さらに、冷却部材１３のダクト内部には凹凸パターンが形成される。特に、凹凸パターンは、図４に示されたように、主にトラス構造１４の表面に形成されて表面積を増加させることが、冷却性能向上のために望ましい。図５に示された冷却部材１３´のように、トラス構造は凹凸パターンを含まないように変形されても良い。
【００３７】
望ましくは、冷却部材１３のダクトの内壁には、乱流形成用突起１５が所定の間隔を置いて突設される。乱流形成用突起１５は、冷却部材１３のダクトの内壁から垂直に突出した棒状構造であり、空気が移動するとき空気の流れを妨害して適正な乱流を形成することで冷却性能を改善させる。
【００３８】
冷却部材１３は、セルアセンブリ１０の両側にそれぞれ備えられ、そのダクトの長さ方向がセルアセンブリ１０の長さ方向と一致するように延長して配置される。
【００３９】
バッテリーモジュールの長さ方向の一端部には、冷却部材１３の一端から他端まで移動した空気を垂直上方に排出できるように出口に配置された排気ファン１５が備えられる。
【００４０】
上記のような構成を有する本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールは、セルアセンブリ１０の両側のエッジ部に熱伝達物質部１２が備えられ、熱伝達物質部１２に接触するようにダクト構造の冷却部材１３が配置されることで、空冷が行われる。
【００４１】
冷却部材１３のダクト内にトラス構造１４が備えられることで、剛性を十分確保し、熱伝達面積も増加させることができる。また、トラス構造１４に形成された多数の凹凸パターンによって熱伝達面積がさらに増大し、冷却性能を改善させることができる。
【００４２】
冷却部材１３の一端に位置した吸気部に流れ込んだ冷却空気は、冷却部材１３のダクト内部にある空気通路を通ってモジュールの長さ方向に移動した後、排気部から排気ファン１５によって強制排気されて垂直上方に排出される。
【００４３】
本発明によるバッテリーモジュールは、従来のバッテリーモジュールと異なって冷却フィンを省略できるため、セルの厚さ方向の空間活用度を高めることができ、冷却部材１３のダクト内に設けられたトラス構造１４によって機械的剛性を十分確保でき、冷却性能の向上とコスト節減などの効果がある。
【００４４】
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明を適用することで、冷却部材に備えられたトラス構造によって冷却性能が向上し、機械的剛性が補強された空冷式バッテリーモジュールを具現することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  セルアセンブリ
２  エアギャップ
３  ハウジング
１０  セルアセンブリ
１１  セル
１２  熱伝達物質部
１３  冷却部材
１４  トラス構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2019509608.tif 000009
2019509608.tif 000010
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